人类的肠道是亿万微生物的家园。它们调节着人类的健康和疾病。7月7日的Nature推出了关于肠道菌的专题。本期专题汇集了在菌群与寄主相互作用方面的学术带头人的观点,为这些基本的生物过程和临床应用方面的重要进展提供了一个总的看法。
人类发育生物学中的微生物观点
大多数人想到人类的发育时,他们往往只考虑人自身的细胞和器官。然而,需要考虑的还有另一个方面——和人类相关的微生物菌群。人类发育相关的微生物观点为完善我们对健康的产前和产后成长的定义提供了机会,并发展了疾病预防和治疗的创新战略。由于生活方式和疾病模式正在发生全球化的急剧变化,该文章发出建立“人类微生物观测站”的呼吁,旨在检测带有不同人类学特征的出生人群中各自的微生物菌群,包括了那些经历的快速变化。
饮食与菌群的相互作用调节人类代谢
肥胖和相关的代谢性疾病(包括2型糖尿病)是和饮食密切相关的,这一观点被大家广泛接受。然而,肠道菌群也成为饮食和代谢健康这一交叉点的研究焦点。通过移植动物模式和人类中的研究的有力结合,将肠道菌群和肥胖联系起来的机制将趋于明了。指出肠道菌群作为对宿主的代谢情况、饮食的影响的调节者方面的知识正不断积累。人们在该方面的研究集中在建立它们在人类中的因果关系,以及比如个性化营养方面治疗性干预措施的前景。
微生物菌群和先天免疫
肠道菌群是一个整合了环境方面的输入,如影响宿主的代谢、免疫和感染反应的饮食、遗传和免疫信号的枢纽。先天免疫系统的造血和非造血细胞分布在寄主与微生物的界面。这些细胞具有感知微生物或它们代谢产物的能力,并且能将信号转化为宿主的生理反应和微生物生态的调节。先天免疫系统和肠道菌群之间的通信异常可能导致复杂疾病。
适应性免疫平衡和疾病中的微生物菌群
在肠粘膜中,免疫系统的T细胞和B细胞在特定位置的表型和功能是由微生物菌群影响的。这些菌群细胞通过抑制无害抗原的反应和加强肠黏膜的屏障功能的完整性,在维持免疫自稳态平衡方面起了重要的作用。肠道菌群失去平衡,称为菌群失调,会引起一些免疫系统疾病。这些都是通过离它们的诱发位点或远或近的T细胞活性改变引起的。明了区分自稳态的差异和病原微生物与寄主之间的关系的机制,能够鉴定预防或调解炎症性疾病的治疗靶点和提高癌症免疫治疗的疗效。
肠道内的菌群和病原菌之间的相互作用
微生物菌群对人类健康有着重要的作用,微生物菌群的改变可以赋予对病原菌引起的感染的抵抗或促进。研究人员已经发现了抗生素对肠道菌群的影响,它们会改变肠道的营养状况和导致病原菌群体的扩张。病原菌利用微生物来源的碳和氮的营养以及调节信号来促进自身的生长和毒力。通过引发炎症,这些细菌改变肠道环境,利用呼吸和金属离子获取的独特系统驱动它们的扩张。解开微生物、寄主和病原菌之间作用的奥秘会产生如何调控微生物菌群来抵抗感染疾病的策略。
微生物菌群基因组关联分析将微生物集群的动态状况和疾病联系在一起
DNA测序、蛋白质组学和代谢组学的快速发展。分析微生物菌群和鉴定它们和疾病的联系的计算工具大大增加。特别是时间序列的研究和多分子的角度促进了微生物菌群基因组关联的分析。它和全基因组关联研究相似。早期的研究结果指向了微生物菌群基因组关联分析的可操作性,虽然其临床应用尚待批准。对微生物菌群和宿主的饮食、化学和健康的复杂的相互关系的评价,包括需要捕捉和整合这个动态界面的观察的频率,对于发展基于微生物菌群的精准诊断和治疗都是至关重要的。
地下水中的铬(Cr(VI))污染对人类生产生活有巨大危害。微生物修复技术广泛应用于Cr(VI)污染地下水修复工程。糖浆作为制糖业的副产品,因其成本低和生效快,目前成为了主流生物修复碳源之一。但糖浆成分......
英国和荷兰的科学家研究表明,即便是剖腹产婴儿也不会错过必要的微生物,虽然剖腹产婴儿在出生时吸收的母亲肠道微生物确实较少,但母亲能够通过母乳喂养等补偿途径将微生物转移给婴儿。相关研究近日发表于《细胞宿主......
在集约化耕作的农田生态系统中,施肥是快速补充土壤养分的重要途径。不同培肥管理形成各自土壤特定功能的微生物种群。在推行农业绿色生产方式,继续推进化肥减量化、化肥利用率进一步提升,推广有机肥替代化肥,构建......
化肥盐度指数高,对农作物有益的微生物难以在高盐环境中生存,这是常识。如今,一种新技术正破解“化肥与微生物难以兼容”这一难题。2月11日,以中国工程院院士周卫为组长,由山西农业大学校长张强研究员、北京农......
发酵蛋白中的蛋白含量高达40%—80%,含有多种维生素、纤维素、碳水化合物、脂类、矿物质,以及丰富的酶类和生物活性物质等,且不含胆固醇,对心脑血管疾病患者更加友好。李德茂中国科学院天津工业生物技术研究......
近日,《新植物学家》发表了中科院植物所研究员刘玲莉团队的最新研究,他们发现热带森林中植物受到的磷限制通常高于温带森林,但物种之间和站点内差异很大。分布于不同纬度的森林生态系统均会受到不同程度的磷限制,......
一直以来,地表矿物、微生物与有机质之间内在作用机制,特别是矿物风化作用在微生物激发效应中扮演的角色始终未被揭示与认知。北京大学地球与空间科学学院鲁安怀教授和方谦博士课题组与合作者日前于《自然·通讯》在......
1,3-丁二烯(1,3-Butadiene, BD),作为最简单的共轭二烯烃,被广泛用于橡胶、热塑性树脂及尼龙等合成,其年产量仅在美国就高达10-50亿磅。汽车尾气、烟草烟雾、塑料或橡胶设施......
春早人更勤,奋进正当时。“正月十五元宵节后,我们团队将兵分三路分别去陕北油田采油区、红碱淖湖区和盐碱地治理示范项目试区再次观测、取样,团队成员黄明刚正月初十已前往油田现场,而于烽、郭彦钊、齐飞等年轻的......
阿片类药物是止痛的标准药物;然而,对它们对胃功能障碍的影响研究相对较少。阿片类药物使用者胃部病变的发生率较高,导致住院人数增加。疼痛管理是世界范围内的一项重要挑战。阿片类药物是治疗癌症和术后疼痛的最有......